【摘 要】
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压电陶瓷被广泛应用于医学成像、传感器、换能器、超声马达等领域。压电陶瓷分为铅基压电陶瓷和无铅压电陶瓷,无铅压电陶瓷因其不含铅,契合了当今构筑环境友好型社会可持续发
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压电陶瓷被广泛应用于医学成像、传感器、换能器、超声马达等领域。压电陶瓷分为铅基压电陶瓷和无铅压电陶瓷,无铅压电陶瓷因其不含铅,契合了当今构筑环境友好型社会可持续发展的要求。本论文以(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.1Ti0.9)O3(BCZT)基无铅压电陶瓷为基础,通过复合掺杂改性和制备工艺等二方面进行探索,以期改善BCZT基无铅压电陶瓷的综合电学性能。1.研究了Co2O3掺杂对BCZT陶瓷相结构、显微组织、压电性能和介电性能的影响。研究发现,当未掺杂Co2O3时,陶瓷样品的电性能分别为:压电常数d33=420 pC/N,平面机电耦合系数kp=40%,介电常数εr=4200,介电损耗tanδ=1.7%;随着Co2O3掺杂量的增加,样品的晶粒尺寸、d33、kp和tanδ逐渐减小,而εr逐渐增加,所有样品均具有纯钙钛矿相结构。2.研究了传统固相烧结法(CS)和微波烧结法(MWS)对(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.08Sn0.02)O3(BCZTS)无铅压电陶瓷陶瓷相结构、显微组织、压电性能、介电性能和铁电性能的影响。结果表明,二种烧结法制备的陶瓷样品均具有纯钙钛矿相结构,在相同的烧结温度下,MWS制备的陶瓷样品的晶粒尺寸均大于CS,且在1380℃时,MWS制备的陶瓷样品的压电性能和居里温度明显优于CS,但是MWS制备的陶瓷样品的介电性能和铁电性能不及CS。3.研究了前驱体SrTiO3掺杂对(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.08Sn0.02)O3(BCZTS)陶瓷相结构、显微观织、压电性能、介电性能和铁电性能的影响。结果表明,当前驱体SrTiO3掺杂量为5 wt.%、20 wt.%、40 wt.%、50 wt.%时,样品中出现了杂相,且掺杂量为20 wt.%时,样品的气孔率少,此时样品具有最佳的铁电性能:Pr=13.99μC/cm2,Ec=1.64 kV/cm;当前驱体SrTiO3掺杂量为10 wt.%和30 wt.%时,样品中未发现杂相,其铁电性能不及有杂相的样品。4.探索了前驱体SrTiO3对掺杂Na2CO3和Bi2O3的BaTiO3(NBBT)陶瓷相结构、显微组织、压电性能和介电性能的影响。结果表明,当前驱体SrTiO3掺杂量为10 wt.%、20 wt.%、30 wt.%时出现杂相,当前驱体SrTiO3掺杂量为40 wt.%、50 wt.%时杂相消失,当前驱体SrTiO3掺杂量为40 wt.%时,样品的气孔率少,此时陶瓷样品具有最高的居里温度Tc=237℃。
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